張延輝 張憲青

摘 要：本文提出了一種配電網(wǎng)級聯(lián)開閉所快速故障處理的設(shè)計方案。該系統(tǒng)采用安裝在級聯(lián)開閉所的故障處理終端識別故障，開閉所內(nèi)終端通過電信號、開閉所間通過光信號快速建立故障“自協(xié)商”，快速識別故障區(qū)域、快速隔離故障區(qū)域，并以短信息方式發(fā)送故障處理結(jié)果至運行維護(hù)人員，避免大面積停電的發(fā)生，提升配電網(wǎng)運行的可靠性。

關(guān)健詞：故障快速處理；級聯(lián)開閉所；光纖式保護(hù)；配電自動化

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、引言

智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，可將其定義為：基于雙向高速通信技術(shù)，融合精密的傳感技術(shù)以及測量技術(shù)、前沿的控制理論與決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、經(jīng)濟(jì)、安全、高效，并達(dá)到環(huán)境友好、資源節(jié)約、安全使用的目標(biāo)。其主要特點是：自愈、經(jīng)濟(jì)、安全以及清潔，能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所需求優(yōu)質(zhì)電力與服務(wù)。

智能配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的基本構(gòu)成環(huán)節(jié)，能夠完成對配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行控制的任務(wù)，智能配電系統(tǒng)運行的智能化程度及穩(wěn)定性程序是智能電網(wǎng)系統(tǒng)安全高效運行的主要影響因素之一。級聯(lián)開閉所作為配電網(wǎng)的主要運行結(jié)構(gòu)方式，因此級聯(lián)開閉所的故障快速處理對保證智能配電網(wǎng)的安全可靠運行具有重要意義。

二、目前配電網(wǎng)故障的處理模式

1 故障處理的集中式控制方式

集中式控制方式中，完成故障處理的“智能”設(shè)置在主站內(nèi)，依靠SCADA系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)信息對出現(xiàn)的故障進(jìn)行相應(yīng)的分析、處理。現(xiàn)場的配電終端把發(fā)生故障的數(shù)據(jù)信息由相應(yīng)的通訊通道發(fā)送給控制中心，控制中心則依據(jù)開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)、故障檢測的數(shù)據(jù)信息、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對故障區(qū)域進(jìn)行判斷，以及下發(fā)遙控指令，跳開故障區(qū)域兩側(cè)的開關(guān)設(shè)備，對變電站的出現(xiàn)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行重合。此控制方式適合各類比較繁瑣的控制系統(tǒng)，但是他要求必須有可靠的邏輯通道以及計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，故障處理時間一般為分鐘級。

故障分析和處理軟件可以安裝在較大的變電站，也可以在變電站綜合自動化功能中增加相應(yīng)的故障分析、處理程序，對故障進(jìn)行處理，變電站將處理結(jié)果上報給控制中心。故障處理的軟件模塊也可以安裝在控制中心的主站內(nèi)，有主站直接進(jìn)行相應(yīng)的控制咯通過自展轉(zhuǎn)達(dá)控制命令進(jìn)行相應(yīng)的控制。如圖1所示。

集中式控制方式具有以下優(yōu)點：

（1）適應(yīng)復(fù)雜的配電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)；

（2）適合于存在最優(yōu)恢復(fù)供電的多電源、復(fù)雜配網(wǎng)系統(tǒng)；

集中式控制方式存在以下問題：

（3）通信系統(tǒng)經(jīng)常不正?；蚓植坎徽＃?/p>

（4）配電網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常發(fā)生變化，但主站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來不及及時更新；

（5）技術(shù)和管理上的原因影響網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓拢?/p>

（6）故障處理算法由主站實現(xiàn)，故障隔離、供電恢復(fù)也由主站實現(xiàn)，對通訊有絕對的依賴性；

（7）故障處理速度慢，時間一般為分鐘級。

2 故障處理的分布式控制方式

故障處理的分布式控制方式中，故障處理的“智能”在現(xiàn)場開關(guān)設(shè)備以及開關(guān)設(shè)備的控制設(shè)備中完成。建立在分布控制方式上的故障處理模式有以下幾種：

（1）電壓型故障處理

該模式的工作原理是：變電站出線處安裝重合器，在線路分段處安裝分段器，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時，重合器分閘，分段器完全失壓后跳閘，重合器延時重合，分段器一次按時限順序延時自動合閘，若再次合到故障，重合器分閘，最靠近故障區(qū)段的電源側(cè)的分段器因為在合閘后短時間內(nèi)又檢測到失壓而跳閘并閉鎖，實現(xiàn)故障隔離。重合器第二次重合，恢復(fù)電源側(cè)非故障區(qū)域供電；

該模式的優(yōu)點是：投資少，無需通信，動作可靠。存在的問題是：故障處理及供電恢復(fù)慢，開關(guān)設(shè)備動作次數(shù)多，對配電網(wǎng)進(jìn)行多次沖擊。

（2）電流型故障處理

該模式的工作原理為：電流型分段器不能用來開端故障電流，只能與重合器配合使用。當(dāng)線路發(fā)生故障時，電源側(cè)保護(hù)裝置切斷故障線路，分段器的計數(shù)裝置進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先整定的動作次數(shù)后，在重合器跳開故障線路的瞬間，分段器自動分閘并閉鎖，若未達(dá)到預(yù)先整定的次數(shù)，在重合器再次重合后，分段器所累積的計數(shù)值經(jīng)過一段時間后會自動清零，為下一次動作做好準(zhǔn)備。

該模式的優(yōu)點是：投資少，無需通信，與電壓型故障處理相比，分段開關(guān)動作次數(shù)少，故障恢復(fù)速度較快。存在問題是：當(dāng)線路分段較多時，需增加變電站重合器的重合次數(shù)，對系統(tǒng)沖擊大；

三、配電網(wǎng)級聯(lián)開閉所“自協(xié)商”的故障處理模式

如圖2所示，為一個四級級聯(lián)的配電網(wǎng)開閉所，8板、31板、23板、3板為變電站的出線開關(guān)，6DL、7DL、8DL、11DL、13DL、16DL、17DL為1#、2#、3#、4#開閉所的斷路器開關(guān)，每個開閉所裝設(shè)一套HP-9000開閉所故障處理設(shè)備，所間通過光纖組成光纖環(huán)網(wǎng)。

如圖2所示的1#開閉所中I段，6DL、7DL、8DL、11DL建立以母線為聯(lián)系的電信號“自協(xié)商”，圖2中1#開閉所的7DL與2#開閉所的8DL建立的以電纜線路關(guān)聯(lián)的光信號的“自協(xié)商”。同理，1#、2#、3#、4#開閉所均建立建立以母線為聯(lián)系的電信號“自協(xié)商”，以及以電纜線路關(guān)聯(lián)的光信號的“自協(xié)商”。

下面以開閉所的典型故障來說明配電網(wǎng)級聯(lián)開閉所”自協(xié)商“的快速故障處理原理：

（1）聯(lián)絡(luò)線故障

若2#、3#開閉所間聯(lián)絡(luò)線發(fā)生故障：

1#8DL、1#7DL、2#8DL、2#7DL全部感受到過流，3#8DL沒有過流，開閉所故障處理設(shè)備通過1#7DL與2#8DL、2#7DL與3#8DL的光纖通道故障信息的交換協(xié)商，1#8DL與1#7DL、2#8DL與2#7DL的電信號通道故障信息的交換協(xié)商，判斷出故障區(qū)段在2#7DL、3#8DL之間；

1#8DL、1#7DL、2#8DL閉鎖保護(hù)動作，2#8DL后備失靈保護(hù)啟動；

2#7DL保護(hù)跳閘，故障被切除；如果2#7DL拒動，2#8DL失靈保護(hù)立刻跳閘；

3#8DL進(jìn)線失壓保護(hù)跳閘，故障被隔離；3#11DL單側(cè)失壓延時合閘，非故障區(qū)段供電恢復(fù)；

系統(tǒng)發(fā)送短信通知相關(guān)人員：

2#開閉所聯(lián)絡(luò)線7DL保護(hù)跳閘，故障已隔離；

3#開閉所進(jìn)線8DL跳閘，11DL合閘，非故障區(qū)域恢復(fù)供電。

（2）母線故障

若2#開閉所I段母線發(fā)生故障：

1#8DL、1#7DL、2#8DL全部感受到過流，開閉所故障處理設(shè)備通過1#7DL與2#8DL的光纖通道故障信息的交換協(xié)商，1#8DL與1#7DL、2#8DL與2#7DL的電信號通道故障信息的交換協(xié)商，判斷出故障區(qū)段在2#8DL、2#7DL之間；

1#8DL、1#7DL閉鎖保護(hù)動作，1#7DL后備失靈保護(hù)啟動；

2#8DL保護(hù)跳閘，故障被切除；如果2#8DL拒動，1#7DL失靈保護(hù)立刻跳閘；

3#8DL進(jìn)線失壓保護(hù)跳閘，故障被隔離；3#11DL單側(cè)失壓延時合閘，非故障區(qū)段供電恢復(fù)；

系統(tǒng)發(fā)送短信通知相關(guān)人員：

2#開閉所聯(lián)絡(luò)線8DL保護(hù)跳閘，故障已隔離；

3#開閉所進(jìn)線8DL跳閘，11DL合閘，非故障區(qū)域恢復(fù)供電。

（3）用戶線故障

若1#開閉所6DL用戶線發(fā)生故障：

1#8DL、1#6DL全部感受到過流，開閉所故障處理設(shè)備通過1#8DL與1#6DL的電信號通道故障信息的交換協(xié)商，判斷出故障區(qū)段在1#6DL下游；

1#8DL閉鎖保護(hù)動作，1#8DL后備失靈保護(hù)啟動；

1#6DL保護(hù)跳閘，故障被切除；如果1#6DL拒動，1#8DL失靈保護(hù)立刻跳閘；

系統(tǒng)發(fā)送短信通知相關(guān)人員：

2#開閉所聯(lián)絡(luò)線8DL保護(hù)跳閘，故障已隔離。

配電網(wǎng)級聯(lián)開閉所”自協(xié)商“的快速故障處理的特點：

不依賴通訊，可以實現(xiàn)四級級聯(lián)開閉所的故障隔離和非故障區(qū)域的供電恢復(fù)，故障隔離時間毫秒以下，故障處理不受城市改擴(kuò)建的影響；

有通訊情況下，故障處理終端采用自主協(xié)商模式，以毫秒級的速度隔離故障，適應(yīng)任意復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。整個故障隔離過程不需要主站參與。

可以隔離聯(lián)絡(luò)線、母線、用戶線等故障，并實現(xiàn)非故障區(qū)域的自動恢復(fù)供電；

配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后，開關(guān)定值自動適應(yīng)不同電源方向的供電方式，確保定值配合的正確性；

故障地點和類型信息以及故障自動處理結(jié)果信息以短信通知相關(guān)人員，以加快故障維護(hù)速度；

電流、電壓、功率、故障信息以及故障處理信息可以傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；

各開閉所自動化系統(tǒng)獨立運行，易于維護(hù)和復(fù)制推廣。

結(jié)語

目前，配電網(wǎng)級聯(lián)開閉所”自協(xié)商“的快速故障處理已在鄭州配電網(wǎng)中運行，期間正確地隔離了多次故障，故障隔離情況及時以短信方式通知相關(guān)人員，大大縮小了停電范圍，縮短了故障查找和排除的時間，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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